CN204532528U - 一种拉瓦尔喷射气体发动机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拉瓦尔喷射气体发动机装置，该发动机装置包括壳体、位于壳体内部的转子活塞、一次循环进气器、一次循环排气器、二次循环进气器、二次循环排气器以及二次制冷器，其中，在转子活塞外侧与壳体的内壁之间设置燃烧室，一次循环进气器、一次循环排气器、二次循环进气器以及二次循环排气器都与壳体的内部相连通，同时，外部装置提供的气体通过一次循环进气器进入到壳体内部的燃烧室，并且一次循环排气器和二次循环进气器都与二次制冷器相连接。该装置采用两次封闭式循环喷射工作的特殊工艺，大大提高了作功效率，此外，该装置体积小，成本低廉以及制备方便。

Description

一种拉瓦尔喷射气体发动机装置

技术领域

本实用新型属于发动机领域，特别地涉及一种汽车发动机装置，更具体地涉及一种拉瓦尔喷射气体发动机装置。

背景技术

进入21世纪以来，资源紧缺、环境污染严重成为困扰人类的巨大难题，而随着人类文明的进步，城市的规模也在逐渐扩大，在城市中穿梭着的车辆数与日俱增，车辆排放的尾气成为城市污染的巨大难题。因此，清洁新能源的开发与应用成为人们越来越关注的话题，生物能、太阳能汽车和电池动力车等可再生的清洁能源作动力的新型车辆开始逐渐走进我们的生活，

然而对于日益严峻的危机，这些努力仍然显得杯水车薪。为了更好地推动电动汽车的产业化，从2009年开始，财政部、发改委、工信部和科技部四部门共同启动了“十城千辆”电动汽车的科技示范工程。这个工程在推动过程中得到了各个部门和地方的大力支持，主要体现在两方面，一个是建设汽车的示范运营，还有一个是建造电站。目前我们已经建造了98座充电站，325个充电桩，另外，还包括2座大型的公交车放电站。等等这些都是在各个部门以及地方共同努力下的结果。

虽然经过了很多研究和努力，但是具有清洁新能源的汽车仍然存在着下述瓶颈：

1、在锂电池电动汽车中使用的锂电池的生产与制造本身就会造成高污染以及高耗能，此外，锂电池应用于电动车上的成本也是居高不下；另外，电动汽车的充放电瓶颈技术至今仍就是得不到完善解决，致使锂电汽车运行故障率高、寿命短，至今无法大规模普及推广；

2、氢燃料电池至今有几十年的发展历史，但各种瓶颈技术还是无法得到解决，致使燃料电池的价格使用户望尘莫及，难以得到商品化推广。

丰田氢动力汽车价格将腰斩，氢燃料电池车的劣势也是显而易见的。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断被完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的10倍，这个价格是市场所难以承受的。

到目前为止，国内外新能源汽车已进入到一个进退两难的尴尬的局面。尤其是对日益严峻的温室效应和PM2.5雾霾的治理更是显得杯水车薪。

最近几年来，国内外新能源的专家在这种尴尬的局面下，又投入了大量的人力物力，对宇宙的“自然能源”和“空气动力发动机”，作为了新能源汽车的开发方向。

目前世界上研究生产首台空气动力发动机是玉柴与英国布鲁耐尔研发中心和北京祥天集团生产的空气动力发动机。但是，上述空气动力发动机是在传统的往复式柴油发动机的基础上改制而来的，因此能量转换为机械能的设备效率低，均在35％左右。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人对发动机结构进行了锐意研究，结果发现，在发动机装置中采用两次封闭式循环喷射工作的特殊工艺，气体分别在一次循环进气器和二次循环进气器的作用下，进行两次做功，综合作功效率提高至少三倍，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的在于提供以下方面：

本申请提供的拉瓦尔喷射气体发动机装置，该发动机装置包括壳体、位于壳体内部的转子活塞、一次循环进气器、一次循环排气器、二次循环进气器、二次循环排气器以及二次制冷器，其中，在转子活塞外侧与壳体的内壁之间设置燃烧室，

所述一次循环进气器从左到右依次包括：射流管、射流喷嘴以及射流扩张管，其中，射流管通过一次循环进气口与壳体的内部相连通，射流扩张管通过空气进气管与空气源装置相连通且射流扩张管通过氢气进气管与氢燃料装置相连通，

所述一次循环排气器从右向左依次包括：一次循环扩张管、喷气喉管以及一次喉管扩张管，其中，一次循环扩张管通过一次循环出气口与壳体的内部相连通，且一次喉管扩张管通过制冷器连接管与二次制冷器相连通，

所述二次循环进气器从上到下依次包括：二次循环扩张管、收缩喷管和二次循环进气口，其中，二次循环进气口与壳体的内部相连通，二次循环扩张管通过连接管与出气管相连通，

所述二次循环排气器从左到右依次包括：二次循环出气口、二次循环扩张管以及二次喷气管，其中，二次循环扩张管通过二次循环出气口与壳体的内部相连通。

在上述拉瓦尔喷射气体发动机装置，二次制冷器从下到上依次包括：蒸发器、蒸发器喷射口、蒸发器扩张管以及蒸发器喉管，其中，

所述蒸发器喉管通过出气管与二次循环进气器相连通，且在蒸发器的内部固定安装风扇。

上述拉瓦尔喷射气体发动机装置中，其中，空气源装置从下到上依次包括：空气收气口、空气储存罐以及加气进气管，其中，所述空气收气口与空气进气管相连通，且在加气进气管上设置空气开闭阀。

所述拉瓦尔喷射气体发动机装置，氢燃料装置包括气液分离罐、电解槽以及水原料储存罐，其中，所述气液分离罐通过回液管和混合气出气管与电解槽相连通，所述水原料储存罐通过供水管与电解槽相连通，并且在水原料储存罐上设置加水口。

所述拉瓦尔喷射气体发动机装置，二次喷气管通过排气连接管与散热器相连接，或/且所述散热器的内部设置吸气道，并且在所述散热器上设置低温排气口。

本实用新型所设计的拉瓦尔喷射气体发动机装置具体的有益效果在于：

(1)本实用新型提供的发动机制造成本低、制备工艺简单、无噪音、污染物排放少、无振动、负排放、工作效率高、如比往复式发动机工作效率提高了一倍，并且体积小以及重量轻；

(2)本实用新型提供的发动机装置，采用了拉瓦尔喷嘴，特别的，采用了火箭助推器超音速燃烧技术拉瓦尔喷嘴，另外，将空气混合气作为能源，使用成本低；

(3)本实用新型提供的发动机装置，在拉瓦尔超音速射流技术作用下，使得空气混合气形成稳定的超音速射流从而实现汽车发动机作功；

(4)本实用新型提供的发动机装置虽然没有采用涡轮增压，但却大大提高发动机的进气量，加速性能更加强劲并且故障率低，特别的，比往复式发动机故障率降低了60％；

(5)本实用新型提供的发动机装置将多级柔性杠杆力学应用于汽车发动机中负载作功，从而实现长力臂、大力距以及小能耗旋转定向旋推作功，使得机械作功力提高3倍以上，大大节省了发动机的能耗，运行成本上比往复式发动机降低80％。

附图说明

图1为拉瓦尔喷射气体发动机装置的整体结构示意图；

图2为拉瓦尔喷射气体发动机装置的空气源装置结构；

图3为拉瓦尔喷射气体发动机装置的氢燃料装置结构。

图中，1、壳体；11、一次循环进气器；111、一次循环进气口；112、射流管；113、射流喷嘴；114、射流扩张管；115、一次进气底座；116、空气进气管；117、氢气进气管；12、一次循环排气器；121、一次循环出气口；122、一次循环扩张管123、喷气喉管；124、一次喉管扩张管；125、一次排气底座；126、制冷器连接管；13、二次循环进气器；131、二次循环扩张管；132、收缩喷管；133、二次循环进气口；134、二次进气底座；135、连接管；14、二次循环排气管；141、二次循环出气口；142、二次循环扩张管；143、二次喷气管；144、排气连接管；145、二次排气底座；15、空气源装置；151、空气收气口；152、空气储存罐；153、加气进气管；154、空气开闭阀；16、氢燃料装置；161、气液分离罐；162、回液管；163、混合气出气管；164、出气法兰；165、电解槽；166、进气法兰；167、水原料储存罐；168、加水口；169、供水管；170、氢燃料开闭控制器；17、吊环；171、吊环底座；18、散热器；181、低温排气口；19、壳体底座；2、转子活塞；21、内行星齿；22、行星齿内齿；23、燃烧室；24、密封片；3、二次制冷器；31、蒸发器；311、风扇；32、蒸发器喷射口；33、蒸发器扩张管；34、蒸发器喉管；35、出气管；36、蒸发器底座；4、增压泵；5、发电机；51、发电机底座。

具体实施方式

为更进一步理解本申请的拉瓦尔喷射气体发动机装置结构，下面进行具体介绍，如图1中所示为拉瓦尔喷射气体发动机装置的整体结构示意图，包括壳体1、转子活塞2、一次循环进气器11、一次循环排气器12、二次循环进气器13、二次循环排气器14以及二次制冷器3，转子活塞2位于壳体1的内部，且在转子活塞2的外侧与壳体1的内壁之间设置燃烧室23。在所述转子活塞2的中部从内向外依次设置：星齿内齿22和内行星齿21，其中，转子活塞2与内行星齿21相连接，且内行星齿21与行星内齿22相互咬合，特别的，转子活塞2通过齿环与内行星齿21相连接。由此，在转子活塞的不停旋转运动下，行星齿内齿将传输扭矩输向发动机的输出轴。

在转子活塞2上设置密封片24，所述转子活塞2通过密封片24与壳体1的内壁紧密连接。由于密封片的设置，从而使得能够保持壳体内部的气体不泄漏。

特别提到的是，密封片的形状大小并没有特别的限制，只要将转子活塞与壳体紧密连接即可，另外，密封片的个数也并没有特别的限制，可根据实际需求，选择合适数量的密封片进行密封连接。

所述二次制冷器3从下到上依次包括：蒸发器31、蒸发器喷射口32、蒸发器扩张管33以及蒸发器喉管34，其中，所述蒸发器喉管34通过出气管35与二次循环进气器13相连通。

特别的，在上述二次制冷器中，所述蒸发器喷射口32、蒸发器扩张管33以及蒸发器喉管34为一体结构。

更特别的，在蒸发器31的底部设置蒸发器底座36，从而使得所述蒸发器底座36将蒸发器31与一次循环排气器12稳固连接。

特别的提及的是，在蒸发器31的内部固定安装风扇311。

在上述优选的实施方式中，在所述二次制冷器中，所述蒸发器优选为空调蒸发器。

所述一次循环进气器11从左到右依次包括：射流管112、射流喷嘴113以及射流扩张管114，其中，所述射流管112通过一次循环进气口111与壳体1的内部相连通，所述射流扩张管114通过空气进气管116与空气源装置15相连通且射流扩张管114通过氢气进气管117与氢燃料装置16相连通，特别的，在射流扩张管114的右端部设置点火嘴。

在上述实施方式中，在氢气进气管117上设置氢燃料开闭控制器170。

特别的，点火嘴通过点火嘴底座与射流扩张管114固定连接。

因此，在点火嘴的作用下，利用高压电能引爆混合气体，然后达到爆燃。

特别的，在上述优选的实施方式中，所述射流管112、射流喷嘴113以及射流扩张管114为一体结构。

特别的，在壳体1的外壁上设置一次进气底座115，所述射流扩张管114通过一次进气底座115与壳体1固定连接。

根据本实用新型，所述射流喷嘴将通过射流扩张器的气体收缩然后喷向射流管，最终向发动机喷射。由于气体在射流管、射流喷嘴以及射流扩张管的共同作用下，最终获得了超音速流。

经实用新型人研究发现，当压缩气体进入一次循环进气器时，在射流喷嘴处形成高达2个马赫数的高压气流，进一步使得内部产生文丘里效应。因此，包括了射流管、射流喷嘴以及射流扩张管的一次循环进气器能够把气体的压力能(势能)最大限度地转换成速度能(动能)，并获得稳定的超音速流。

在根据本实用新型申请的设计方案，如图2为空气源装置结构的示意图，空气源装置15从下到上依次包括：空气收气口151、空气储存罐152以及加气进气管153。其中，所述空气收气口151与空气进气管116相连通。

在上述结构中，在加气进气管153上设置空气开闭阀154，所述出气管35通过增压泵4与连接管135相连通。

图3为拉瓦尔喷射气体发动机装置的氢燃料装置结构，氢燃料装置16包括气液分离罐161、电解槽165以及水原料储存罐167，其中，所述气液分离罐161通过回液管162和混合气出气管163与电解槽165相连通，所述水原料储存罐167通过供水管169与电解槽165相连通，并且在水原料储存罐167上设置加水口168。

在上述结构中，所述供水管169通过进气法兰166与电解槽165固定连接。

在上述结构中，所述回液管162和混合气出气管163都通过出气法兰164与电解槽165固定连接。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述一次循环排气器12从右向左依次包括：一次循环扩张管122、喷气喉管123以及一次喉管扩张管124，其中，所述一次循环扩张管122通过一次循环出气口121与壳体1的内部相连通，且所述一次喉管扩张管124通过制冷器连接管126与二次制冷器3相连通。

所述一次循环扩张管122、喷气喉管123以及一次喉管扩张管124为一体结构。

所述一次循环扩张管122通过一次排气底座125与壳体1的外壁固定连接。

所述二次循环进气器13从上到下依次包括：二次循环扩张管131、收缩喷管132和二次循环进气口133，其中，所述二次循环进气口133与壳体1的内部相连通，并且所述二次循环扩张管131通过连接管135与二次制冷器3相连通。二次循环扩张管131、收缩喷管132和二次循环进气口133为一体结构。，在所述连接管135与出气管35之间设置增压泵4。

经实用新型人研究发现，对增压泵的型号规格功率大小并没有特别的限制，可根据实际需求进行选择，特别的，可选择功率较小的增压泵。

所述二次循环进气口133通过二次进气底座134与壳体1的外壁固定连接，二次进气底座134与一次排气底座125相连接。

所述二次循环排气器14从左到右依次包括：二次循环出气口141、二次循环扩张管142以及二次喷气管143，其中，所述二次循环扩张管142通过二次循环出气口141与壳体1的内部相连通，特别的，二次喷气管143与大气相通。

所述二次喷气管143通过排气连接管144与散热器18相连接。

所述二次循环出气口141、二次循环扩张管142以及二次喷气管143为一体结构。

特别的，所述二次循环出气口141通过二次排气底座145与壳体1的外壁固定连接。

在上述优选的实施方式中，所述散热器的种类并没有收到特别的限制，只要能将气体冷却即可，特别的，根据本实用新型，散热器选用空调散热器。

在根据本实用新型的进一步优选的实施方式中，所述散热器18的内部设置吸气道，并且在所述散热器上设置低温排气口181。

因此，在上述进一步的优选的实施方式中，在所述吸气道以及低温排气口的作用下，能够将经过散热器冷却后的气体不断的喷射向大气，从而达到使得大气降温的目的。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述壳体1的外壁上设置吊环17，特别的，所述吊环17通过吊环底座171与壳体1的外壁固定连接。由于吊环的设置，能够起到吊桩的作用。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述壳体1的外壁上设置发电机5，特别的，所述发电机5通过发电机底座51与壳体1的外壁固定连接。

其中，发电机的能量来源并没有特别的限制，只能能够使得发电机正常稳定的工作即可，特别的，选用蓄电池为发电机提供能量来源。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述壳体1的底部设置壳体底座19。特别的，在壳体底座上19设置固定孔，更特别的，螺栓穿过固定孔将壳体底座19固定。

在上述优选的实施方式中，所述风扇、增压泵、点火嘴、氢燃料开闭控制器以及电解槽均由电源控制中心所控制。

其中，电源控制中心的能量来源并没有特别的限制，只能能够使得电源控制中心正常稳定的工作即可，特别的，选用蓄电池为电源控制中心提供能量来源。

综合而言，由本实用新型提供的发动机的零部件相比起玉柴与英国布鲁耐尔研发中心以及祥天实用新型的气动转子发动机的零部件减少了60％，同时体积小了60％，同时输出功率高，例如比往复式发动机的输出功率提供了三倍。

一种利用由本实用新型申请设计的拉瓦尔喷射气体发动机装置结构，其工作方式包括以下步骤：

(1)一次做功：由空气源装置提供的空气和由氢燃料装置提供的气体达到一次循环进气器中的射流扩张管时，在点火嘴的作用下，达到爆燃，爆燃后的气体通过一次循环进气器喷射向壳体内部的燃烧室，由此产生增压效果，同时在内行星齿和行星齿内齿的作用下，将传输扭矩输向发动机的输出轴，由此完成一次做功；

(2)二次做功：完成一次做功的气体通过一次循环排气器后，在二次制冷器作用下，特别的，经过二次制冷器作用后，又在增压泵的作用下，然后通过一次循环进气器喷射向壳体内部的燃烧室，由此完成二次做功；

(3)负排放：完成二次做功后的气体依次通过二次循环排气器和散热器排向大气。

本实用新型提供的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其有益效果为：

(1)本实用新型提供的发动机装置采用了两次封闭式循环喷射工作的特殊工艺；

(2)本实用新型提供的发动机装置在一次做功中，在一次循环进气器的超音速喷射作用下，使得气体产生增压效果，并且在行星齿轮的杠杆作功下，将气体能进行一次作功，大大增强了发动机的输出扭矩，同时降低了50％的发动机的作功能耗，从而使得能源的转换效率达到98％以上；

(3)本实用新型提供的发动机装置在二次做功中，将一次作功完毕后的工作低温气体进行二次制冷作功，在制冷作功完成后气体保持在一定高压状态，然后，特别的，在很小功率的增压泵的作用下，将气体压缩，输向二次循环进气器从而二次射向燃烧室，进行二次作功，又使得发动机的作功输出功率增大了10％以上，综合作功效率提高了三倍以上。

(3)将物美价廉的宇宙能空气动力进行能量回收再生循环工作的机械作功原理，当二次作功完毕后，又形成了高压低温气体，特别的，气体达到零上5度，当该气体射向低温排气口时，对大气吸热降温，从而为大气层制冷，实现了负排放的特殊效果。

以上通过优选的具体实施方式对实用新型进行了范例性说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本实用新型的阐述性解释，并不对本实用新型的保护范围构成任何限制，在不超出本实用新型精神和保护范围的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种拉瓦尔喷射气体发动机装置，包括壳体(1)、位于壳体(1)内部的转子活塞(2)、一次循环进气器(11)、一次循环排气器(12)、二次循环进气器(13)、二次循环排气器(14)以及二次制冷器(3)，其特征在于，在转子活塞(2)外侧与壳体(1)的内壁之间设置燃烧室(23)；一次循环进气器(11)从左到右依次由射流管(112)、射流喷嘴(113)以及射流扩张管(114)连接构成，其中，射流管(112)通过一次循环进气口(111)与壳体(1)的内部相连通，射流扩张管(114)通过空气进气管(116)与空气源装置(15)相连通且射流扩张管(114)通过氢气进气管(117)与氢燃料装置(16)相连通；一次循环排气器(12)从右向左依次由一次循环扩张管(122)、喷气喉管(123)以及一次喉管扩张管(124)连接构成，其中，一次循环扩张管(122)通过一次循环出气口(121)与壳体(1)的内部相连通，且一次喉管扩张管(124)通过制冷器连接管(126)与二次制冷器(3)相连通；二次循环进气器(13)从上到下依次由二次循环扩张管(131)、收缩喷管(132)和二次循环进气口(133)连接构成，其中，二次循环进气口(133)与壳体(1)的内部相连通，二次循环扩张管(131)通过连接管(135)与出气管(35)相连通；二次循环排气器(14)从左到右依次由二次循环出气口(141)、二次循环扩张管(142)以及二次喷气管(143)连接构成，其中，二次循环扩张管(142)通过二次循环出气口(141)与壳体(1)的内部相连通。

2.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，在转子活塞(2)的中部从内向外依次为：行星内齿(22)和内行星齿(21)，其中，转子活塞(2)与内行星齿(21)相连接，且内行星齿与行星内齿相互咬合。

3.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特 征在于，在转子活塞(2)上设置密封片(24)，转子活塞(2)通过密封片(24)与壳体(1)的内壁紧密配合。

4.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，二次制冷器(3)从下到上依次由蒸发器(31)、蒸发器喷射口(32)、蒸发器扩张管(33)以及蒸发器喉管(34)连接构成，其中，蒸发器喉管(34)通过出气管(35)与二次循环进气器(13)相连通，且蒸发器(31)内部固定安装风扇(311)。

5.根据权利要求4所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，出气管(35)通过增压泵(4)与连接管(135)相连通。

6.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，在射流扩张管(114)的右端部设置点火嘴。

7.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，空气源装置(15)从下到上依次由空气收气口(151)、空气储存罐(152)以及加气进气管(153)连接构成，其中，空气收气口(151)与空气进气管(116)相连通，且在加气进气管(153)上设置空气开闭阀(154)。

8.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，所述氢燃料装置(16)包括气液分离罐(161)、电解槽(165)以及水原料储存罐(167)，其中，气液分离罐(161)通过回液管(162)和混合气出气管(163)与电解槽(165)相连通，所述水原料储存罐(167)通过供水管(169)与电解槽(165)相连通，并且在水原料储存罐(167)上设置加水口(168)。

9.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，射流管(112)、射流喷嘴(113)以及射流扩张管(114)为一体结构；一次循环扩张管(122)、喷气喉管(123)以及一次喉管扩张管(124)为一体结构；所述二次循环扩张管(131)、 收缩喷管(132)和二次循环进气口(133)为一体结构；二次循环出气口(141)、二次循环扩张管(142)以及二次喷气管(143)为一体结构。

10.根据权利要求1所述的拉瓦尔喷射气体发动机装置，其特征在于，所述二次喷气管(143)通过排气连接管(144)与散热器(18)相连接；所述散热器(18)的内部设置吸气道，并且在所述散热器上设置低温排气口(181)。